ỨNG DỤNG NHIỆT ĐỘNG TRONG đời sống

Điều kiện cân bằng, điều kiện tự diễn biến của một quá trình hoá học Trạng thái cân bằng: là trạng thái mà các thông số đặc trưng cho hệ không biến đổi theo thời gian..  Trạng thái cân

ỨNG DỤNG NHIỆT ĐỘNG HỌC TRONG HÓA KỸ THUẬT

Đề tài: Ứng dụng nhiệt động học

GVHD: T.S Vương Thị Lan Anh

Học viên: Nguyễn Thị Huệ

Lớp: CH CNKTHH K4Đ2

Question ???

?

 Là m n h ư t h ế

n à o đ è n sán

g

đ ược?

 Nó t u â n t h e o

cơ ch ế n h ư t

h ế

n à o?

NỘI DUNG

1 Quá trình tổng hợp amoniac trong công nghiệp

 Amoniac là một trong những sản phâm quan trọng nhất của

ngành công nghiệp hoá học vì vậy nó được sản suất nhiều và ở quy mô rất lớn.

 Phương pháp chủ yếu để sản xuất amôniac là tổng hợp trực tiếp

từ N2 và H2 với xúc tác Fe và Al2O3

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 với ΔH° = -46,2 kJ/mol ΔS° = -96,3 J/mol

NỘI DUNG

2 Điều kiện cân bằng, điều kiện tự diễn biến của một quá trình hoá học

 Trạng thái cân bằng: là trạng thái mà các thông số đặc trưng cho hệ không biến đổi theo thời gian.

 Trạng thái cân bằng bền: là trạng thái của hệ khi muốn chuyển sang trạng thái ít bền khác phải tiêu

tổn một công do hệ sinh ra.

2.1 Xét về điều kiện cân bằng hệ ớ trạng thái cân bằng là hệ trong những điều kiện cho sẵn không có khả năng sinh công hữu ích.

( Các thành phần trong hệ có thành phần không thay đổi)

 Với hệ kín

 Đối với hệ cô lập:

dS ≥0

NỘI DUNG

 Điều kiện cần

dG = 0 nếu T, P = const

dH= 0 nếu S, P = const

dF= 0 nếu T, V= const

dU= 0 nếu S, V= const

 Điều kiện đủ d2 u > 0 nếu S, V = const

d2 G > 0 nếu P, T = const d2 H > 0 nếu S, P = const d2 F > 0 nếu V, T = const

 Trong nhiệt động lực học người ta thường xác định chiều của quá

trình dựa vào tiêu chuẩn về tính không thuận nghịch (tính một chiều)

và xác định điều kiện cân bằng dựa vào tiêu chuẩn về tính thuận

nghịch của quá trình

 Theo nguyên lý II của nhiệt động học: Đối với hệ cô lâp ( U=conts,

V= const )

- Quá trình sẽ tự diễn biến theo tự nhiên theo chiều tăng entropi:

dS > 0

- Khi quá trình không thuận nghịch dừng lại, thì entropi đạt giá trị cực đại, khi đó hệ ở trạng thái cân bằng:

dS=0

 Theo nguyên lý I và II:

dG ≤ - SdT + VdP Dấu = ứng với quá trình thuận nghịch Dấu < ứng với quá trình không thuận nghịch hay là quá trình tự diễn biến

2.2 Xét cho quá trình các thành phần của hệ thay đổi trong quá trình hóa học

Xét hệ có số mol thay đổi n1, n2 , n3 , ….ni, , ta có biểu thức nhiệt động:

Bởi các quá trình liên quan đên thành phần của hệ nên đều được

nghiên cứu ở P,T = const

NỘI DUNG

3 Cân bằng hóa học

3.1 Điều kiện cân bằng của một phản ứng hóa học

Do các phản ứng hoá học thông thường được thực hiện ở nhiệt

độ và áp suất không đổi nên điều kiện cân bằng: dG = 0

Điều kiện tự diễn biến: dG < 0

Nếu AG càng âm thì phản ứng có khả năng tự diễn biến về mặt

nhiệt động học ngày càng cao

Với quá trình tổng hợp amoniac:

ΔG = -RTlnKp

Kp =

Kp phụ thuộc vào bản chất của phản ứng và nhiệt độ và hằng số cân bằng đặc trung cho mức độ tiến triển của phản ứng từ trái sang phải

NỘI DUNG

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cân bằng phản ứng hóa học cho quá trình tổng hợp amoniac

N2 + 3H2 ↔ 2NH3 với ΔH° = -46,2 kJ/mol ΔS° = -96,3 J/mol

Theo quy tắc pha Gibs: F = n — k + 2

Trong đó : n = 2 ; sổ pha & = 1—»F = 2 —1 + 2 = 3

Vậy có thế chọn 3 yếu tố tác dụng nên cân bằng đế làm cho nó chuyến

dịch về phía tạo nên NH3 với hiệu suất cực đại Ba yếu tổ đó là : nhiệt

độ, áp suất chung, tỉ lệ các chất phản ứng

a Nhiệt độ

Ta có:

ΔG1= ΔH – T1 ΔS

ΔG2= ΔH – T2ΔS

Nên: =

Suy ra:

+ ΔH< 0, Kp tỉ lệ nghich với T, khi T tăng, thì Kp giảm, phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và ngược lại

thuận và ngược lại

Với quá trình tổng hợp amoniac

ΔG = ΔH- TΔS

0 = -46200- T.96,3

→T= 479K hay 200ºC

Nhiệt độ 200ºC là nhiệt độ nghịch chuyển, tức là nhiệt độ cực đại có thể dùng được ở áp suất 1 atm

NH3 được thực hiện ở nhiệt độ càng nhỏ càng tốt.

Tuy nhiên nhiệt độ vừa làm chuyến dịch cân bằng, mặt khác làm biến đối tốc độ của phản ứng, tức là tốc độ đạt đến cân bàng để vượt qua khó khăn này người ta phải dùng chất xúc tác ở đây là Fe và Al2O3

NỘI DUNG

b/ Áp suất

Ta có

+ =0, sự thay đổi áp suất không làm ảnh hưởng đến cân bằng

+ < 0, >0, giảm áp suất cân bằng dịch chuyển theo chiều thuân

+ 0, 0, tăng áp suất cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch và ngược lại

Với quá trình tổng hợp amoniac:

Δn = 2-1-3 = -2<0

Nên khi tăng áp suất, cân bằng dịch chuyển theo chiều thuận, tăng hiệu suất tạo amoniac và ngược lại

Thông thường, các chất ban đầu đều là chất khí nên người ta duy trì áp suất ổn định để tránh cháy nổ

NỘI DUNG

c Tỉ lệ thành phần hỗn hợp

Người ta đã tính được ràng lượng NH3 được tạo thành

sẽ cực đại khi tỉ lệ của N2 và H2 được lấy dùng bằng tỉ lệ các

hệ số của chúng ở trong phương trình phản ứng nghĩa là

bằng 1:3

Trong những điều kiện như trên, hiệu suất chuyên hoá NH3 cũng chỉ đạt 20-30% Sau khi hoá lỏng NH3 ta lại đưa hồn hợp khi N2 và H2 trở lại chu trình sán xuất.

Ngày này do kĩ thuật áp suấtt cao được phát triển người

ta có thể tông hợp NH3 từ các nguyên tố ớ nhiệt độ 850° c và

được áp suất 4500atm Với hiệu suất của phản ứng là 97%

mà không cần xúc tác

NỘI DUNG

EM XIN CHÂN THÀNH

CẢM ƠN !